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泡沫镍耦合金纳米结构增强拉曼散射.docx
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泡沫镍耦合金纳米结构增强拉曼散射.docx
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摘要
采用一种简易的化学置换反应方法在泡沫镍基底上生长花针状的金纳米结构,并将其作为表
面增强拉曼散射(SERS)基底,主要研究置换时间对 SERS 基底性能的影响。采用 COMSOL
Multiphysics 仿真软件对金纳米粒子高度分别为 100,150,175,200 nm 的基底进行电磁增强
仿真,得到最大电场强度分别为 20.112,29.060,24.766,21.382 V/m,计算得到增强因子分别
为 1.64×10
5
、7.13×10
5
、3.76×10
5
和 2.09×10
5
。使用罗丹明 6G(R6G)溶液作为探针分
子,对不同置换时间下的泡沫镍镀金基底进行拉曼表征、检测极限测试以及拉曼 mapping
测试。测试结果表明,置换时间为 10 min 的基底增强效果是最佳的,对 R6G 分子的检测浓
度可以达到 10
-8
mol·L
-1
,在 613,774,1364 cm
-1
这三个 R6G 分子的拉曼位移特征峰处的相
对标准偏差值分别为 11.3%、10.9%和 11.9%,说明基底具有较好的均匀性,增强因子为
1.04×10
5
。
Abstract
A simple chemical substitution reaction method is used to grow needle-like gold
nanostructures on nickel foam substrates, which are used as surface-enhanced Raman
scattering (SERS) substrates to study the effect of substitution time on the properties of
SERS substrates. COMSOL Multiphysics simulation software is used to simulate the
electromagnetic enhancement of gold nanoparticles with the heights of 100,150,175,200
nm, respectively, and the maximum electric field intensity is 20.112, 29.060, 24.766,
21.382 V/m, respectively. The enhanced factors are 1.64×10
5
, 7.13×10
5
, 3.76×10
5
, and
2.09×10
5
, respectively. Using rhodamine 6G (R6G) solution as probe molecule, Raman
characterization, detection limit test, and Raman mapping test are carried out on the
nickel foam gold-plated substrate at different replacement times. The test results show
that the substrate with displacement time of 10 min has the best enhancement effect, and
the detection concentration of R6G molecule can reach 10
-8
mol·L
-1
, RSD (Relative
Standard Deviation) values at the characteristic peaks of Raman shift of 613, 774, and
1364 cm
-1
are 11.3%, 10.9%, and 11.9%, respectively. It shows that the substrate has
good uniformity, the enhancement factor is 1.04×10
5
.
1 引言
拉曼光谱是由入射光入射到物质后发生散射,并以新的频率出射光子产生的散射光谱。拉曼
光谱能实现对待测分子的“指纹”识别,可对样品进行较为准确的探测。但是拉曼散射截面(面
积为 10
-30
~10
-25
cm
2
)非常小,散射信号的强度极其微弱,大约只有入射光强度的 10
-12
~10
-6[1]
,
这使得微弱的拉曼信号很容易被淹没在较强的荧光信号里面,从而导致其灵敏度低下。
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